DE102004024695A1

DE102004024695A1 - Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems

Info

Publication number: DE102004024695A1
Application number: DE102004024695A
Authority: DE
Inventors: Dirk Dipl.-Ing. Klotzbuecher; Wolfgang Dipl.-Ing. Lauer; Robert Dr.-Ing. Schneider; Wilhelm Dipl.-Ing. Wenzel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Magna Electronics Sweden Se AB
Priority date: 2004-05-19
Filing date: 2004-05-19
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: DE102004024695B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems eines Kraftfahrzeuges mit einer Sende- und einer Empfangseinrichtung. DOLLAR A Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass eine der Empfangseinrichtung nachgeschaltete Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, welche ein aktuelles Signal aus einem die Abdeckung umfassenden Nahbereich des Radarsystems mit einem Referenzsignal desselben Nahbereichs für einen störungsfreien Betrieb des Radarsystems vergleicht, wobei aus dem Vergleich des aktuellen Signals mit dem Referenzsignal auf eine Anwesenheit des leistungsmindernden Belags geschlossen werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus der DE 102 09 927 A1 ist eine Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belages auf einer schützenden Abdeckung eines Radarsystems bekannt. Es werden Anteile der vom Radarsystem ausgesandten elektromagnetischen Strahlung modifiziert und als Monitorsignale nach Wechselwirkung mit dem leistungsmindernden Belag einem Empfänger des Radarsystems zur Auswertung zugeführt. Die Modifizierung der Anteile der vom Radarsystem ausgesandten elektromagnetischen Strahlung kann durch eine zeitliche Verzögerung, durch eine Frequenzverschiebung, durch eine Modulation, insbesondere durch eine Frequenzmodulation, oder durch eine Einkopplung in eine Resonanzstruktur erfolgen.
In der DE 196 44 164 C2 wird ein Kraftfahrzeug-Radarsystem mit einem Sende-/Empfangselement zum Senden und Empfangen von elektromagnetischen Wellen beschrieben. Zur Fokussierung oder Streuung der elektromagnetischen Wellen befindet sich ein linsenförmiger dielektrischer Körper im Strahlengang. Der linsenförmige dielektrische Körper ist außerdem zum Schutz des Sende-/Empfangselements vor Witterungseinflüssen geeig net. Der linsenförmige dielektrische Körper besitzt eine Anordnung aus elektrisch leitfähigen Bahnen, welche überwiegend senkrecht zur Polarisationsrichtung der elektromagnetischen Wellen angeordnet sind. Die elektrisch leitfähige Anordnung kann von einem Heizstrom durchflossen werden und so den dielektrischen Körper von Belägen wie Eis, Schnee oder Schneematsch befreien. Wird die elektrisch leitfähige Anordnung in zwei voneinander getrennte Anteile unterteilt, kann der Grad der Verschmutzung oder die Dicke eines Belages auf dem dielektrischen Körper bestimmt werden. Dazu wird der elektrische Widerstand und die Kapazität zwischen den beiden getrennten Anteilen der Anordnung gemessen. Beide Größen gehen in den sogenannten Verlustwinkel tan δ eines Belagmaterials ein, aus welchem sich eine Aussage über die Dämpfungseigenschaften des Belages ableiten lässt.
Außerdem ist aus der DE 199 48 251 C2 ein Verfahren zur Erkennung einer Verschmutzung bei einem nach dem Radarprinzip arbeitenden, an einem Kraftfahrzeug befindlichen und einen Sende- und einen Empfangsteil enthaltenden Sensor für ein System zur automatischen Abstandsanpassung des Kraftfahrzeuges zu vorausfahrenden Fahrzeugen bekannt. Die Verschmutzung wird mittels zweier Messgrößen für die von dem Sensor empfangenen und ausgesendeten Signale erkannt, wobei eine Messgröße die Anzahl aller während einer Messung detektierten Objekte ist. Die Messgrößen werden mit Wichtungsfaktoren gewichtet und zu einer Wahrscheinlichkeit verknüpft, aus welcher eine Aussage über eine Verschmutzung des Sensors abgeleitet wird, wenn ein vorgegebener Wahrscheinlichkeits-Schwellwert für eine vorgegebene Zeitdauer überschritten wird. Die Zeitdauer beginnt solange nicht, wie die Summe aller während einer Messung detektierten Objekte über einem vorgegebenen Schwellwert für die Summe der detektierten Objekte liegt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems anzugeben, welche eine gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zuverlässigere und kostengünstigere Erkennung des leistungsmindernden Belags ermöglicht.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Erfindungsgemäß ist die der Empfangseinrichtung nachgeschaltete Auswerteeinrichtung vorgesehen, welche ein aktuelles Signal aus dem die Abdeckung umfassenden Nahbereich des Radarsystems mit einem Referenzsignal desselben Nahbereichs für einen störungsfreien Betrieb des Radarsystems vergleicht, wobei aus dem Vergleich des aktuellen Signals mit dem Referenzsignal auf die Anwesenheit des leistungsmindernden Belags geschlossen werden kann. Die Vorrichtung zur Detektion des leistungsmindernden Belags auf der Abdeckung des Radarsystems eines Kraftfahrzeuges umfasst die Sende- und die Empfangseinrichtung des Radarsystems. Durch den Vergleich des aktuellen Signals mit dem Referenzsignal kann eine Verschmutzung, verursacht durch den leistungsmindernden Belag, und auch eine funktionsbedingte Störung des Radarsystems mit hoher Zuverlässigkeit erkannt werden. Das Radarsystem ist typischerweise unmittelbar hinter der schützenden Abdeckung, insbesondere einem Kunststoff-Stoßfänger, angeordnet. Verschmutzungen auf der Abdeckung können bewirken, dass die Signalausbreitung behindert wird, und somit die Erkennungsleistung des Radarsystems beeinträchtigt ist. Bedingt durch die spezielle Umgebung und die Einbauposition kann die Situation eintreten, dass Schmutz, Eis oder Schnee auf der Abdeckung die Funktionsfä higkeit des Sensors beeinflussen. Viele Anwendungen, insbesondere solche mit einer hohen Sicherheitsrelevanz, fordern eine bestimmte minimale Sensorempfindlichkeit der Empfangseinrichtung, deren Unterschreitung permanent und zuverlässig überwacht werden muss. Hierzu können Normreflexionsobjekte, sogenannte Kalibratoren, dienen, die sich im Erfassungsbereich des Radarsystems befinden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Statistiken über die Intensität und die Häufigkeit von registrierten Reflexionssignalen zu bilden und bei Abweichungen auf eine veränderte Empfindlichkeit des Radarsystems zu schließen. Je nach Einsatzgebiet sind diese Verfahren nicht praktikabel, zu langsam oder zu ungenau. Der leistungsmindernde Belag weist andere elektromagnetische Eigenschaften als die Abdeckung des Radarsystems auf und bewirkt eine spezifische Reflexion sowie Dämpfung des von der Sendeeinrichtung des Radarsystems abgestrahlten Radarsignals. Beispielsweise besitzt nasser Schnee, der besonders häufig zu Funktionsstörungen führt, eine große Dielektrizitätszahl bei zugleich hohem Verlustfaktor mit entsprechend stark reflektierender und dämpfender Wirkung auf die verwendeten Hochfrequenzsignale. Dämpfungen in der blockierenden Schicht bewirken im wesentlichen, dass die Amplitude von Objektechos reduziert wird. Reflexionen an der Schmutzschicht führen zu einer Beeinflussung des von der Empfangseinrichtung des Radarsystems empfangenen Signals. Das Signal kann eine Änderung bezüglich Amplitude, Phase, Entfernung und/oder Winkelrichtung erhalten. Eine Veränderung eines oder mehrerer dieser das Signal charakterisierenden Größen kann bereits als Anhaltspunkt für eine Verschmutzung der Abdeckung des Radarsystems dienen. Der Vergleich des aktuellen Signals mit dem Referenzsignal kann insbesondere dann erfolgen, wenn das Radarsystem in einem vorgegebenen Zeitraum kein Zielobjekt erfasst hat.
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird das Referenzsignal bei einem störungsfreien Betrieb des Radarsystems aktualisiert. Eine regelmäßige und/oder häufige Aktualisierung des Referenzsignals erhöht die Funktionalität bzw. die Zuverlässigkeit der Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags zusätzlich. In der Regel weist das von der Empfangseinrichtung des Radarsystems empfangene Signal aus dem Nahbereich des Radarsystems neben der von dem leistungsmindernden Belag erhaltenden Signalkomponente weitere Signalkomponenten auf, beispielsweise ein internes Übersprechen von der Sendeeinrichtung zur Empfangseinrichtung oder eine Reflexion an der Abdeckung des Radarsystems. Die Konstanz dieser Signale hinsichtlich thermischer und mechanischer Einflüsse sowie ihre Langzeitstabilität kann daher nicht unbedingt vorausgesetzt werden. Abweichungen des aktuellen Signals von dem aktualisierten Referenzsignal sind ein stabiles Kriterium für das Vorhandensein eines leistungsmindernden Belages. Eine Aktualisierung des Referenzsignals steigert somit die Genauigkeit der Aussage über die Anwesenheit eines leistungsmindernden Belags. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Referenzsignal für verschiedene Betriebstemperaturen des Radarsystems erfasst wird. Auf diese Weise kann die Funktionsüberprüfung des Radarsystems beispielsweise auch direkt nach Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges bei niedrigen Temperaturen erfolgen.
In einer weiteren Ausgestaltung wird ein störungsfreier Betrieb dann erkannt, wenn ein Empfangssignal von einer Fahrbahnoberfläche mit einer vorgegebenen Mindestamplitude erfasst wird. Ein geeigneter Zeitpunkt für die Ermittlung des Referenzsignals liegt vor, wenn die Empfangseinrichtung reguläre Empfangssignale mit bekannten Eigenschaften korrekt detektiert. Dies ist beispielsweise für Echos von der Fahrbahnoberfläche der Fall, die in bekanntem Abstand mit bekannter Geschwindigkeit und bekanntem statistischen Amplituden- Mittelwert auftreten. Die Echos von der Fahrbahnoberfläche weisen in der Regel eine verhältnismäßig geringe Intensität auf, so dass es gegebenenfalls notwendig ist, die Empfangseinrichtung in einem Betriebsmodus mit selektiv gesteigerter Empfindlichkeit zu betreiben. Da Entfernung und Dopplerverschiebung der Fahrbahnechos bekannt sind, kann eine zeitliche und/oder spektrale Filterung mit entsprechender Verbesserung des Rauschabstandes erfolgen. Beispielsweise bewirkt eine Fouriertransformation mit N Stützstellen einen Integrations- und damit Empfindlichkeitsgewinn von 10log10N dB. Ähnliches lässt sich durch eine Bandpassfilterung mit der Dopplerverschiebung als Durchlassfrequenz erreichen, die vorteilhaft als digitaler rekursiver Filter mit adaptiven Koeffizienten implementiert werden kann. Die zu erwartende Amplitude der Fahrbahnechos hängt von der Reflektivität der Asphaltoberfläche ab, welche als Funktion von Aspektwinkel und Radarfrequenz in der Fachliteratur dokumentiert ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der einzigen Figur näher erläutert, wobei die Figur eine in ein Kraftfahrzeug integrierte Vorrichtung zur Detektion eines leistungsmindernden Belags auf einer Abdeckung eines Radarsystems ausschnittsweise in schematischer Darstellung zeigt.
Eine Vorrichtung 1 zur Detektion eines leistungsmindernden Belags 2 auf einer Abdeckung 3 eines Radarsystems 4 eines nicht weiter dargestellten Kraftfahrzeuges umfasst eine Sendeeinrichtung 5 und eine Empfangseinrichtung 6 als Bestandteile des Radarsystems 4. Die Sendeeinrichtung 5 und die Empfangseinrichtung 6 können dabei über getrennte Antennen (bistatischer Betrieb) oder eine gemeinsame Antenne (monostatischer Betrieb) verfügen.
Der Empfangseinrichtung 6 des Radarsystems 4 ist eine Auswerteeinrichtung 7 nachgeschaltet, welche ein aktuelles Signal 8 aus einem die Abdeckung 3 und gegebenenfalls bei Vorhandensein auch den leistungsmindernden Belag 2 umfassenden Nahbereich des Radarsystems 4 mit einem Referenzsignal desselben Nahbereichs für einen störungsfreien Betrieb des Radarsystems 4 vergleicht. Aus dem Vergleich des aktuellen Signals 8 mit dem Referenzsignal kann auf eine Anwesenheit des leistungsmindernden Belags 2 geschlossen werden. Das aktuelle Signal 8 setzt sich in der Regel aus mehreren Signalen 8, den sogenannten Signalkomponenten, zusammen. Das aktuelle Signal 8 kann beispielsweise ein internes Übersprechen zwischen der Sendeeinrichtung 5 und der Empfangseinrichtung 6, eine Reflexion an der schützenden Abdeckung 3 des Radarsystems 4 und/oder eine Reflexion an dem leistungsmindernden Belag 2, soweit vorhanden, umfassen. Ein Vergleich des aktuellen Signals 8 mit dem Referenzsignal erfolgt im Regelfall dann, wenn das Radarsystem 4 in einem vorgegebenen Zeitraum kein Zielobjekt erfasst hat.
Zum Vergleich des aktuellen Signals 8 mit dem Referenzsignal kann die Amplitude, die Phase, die Laufzeit und/oder der Erfassungswinkel des aktuellen Signals 8 und des Referenzsignals herangezogen werden.
Aufgrund von thermischen und mechanischen Einflüssen ist das Referenzsignal nicht konstant. Für einen zuverlässigen Betrieb der Vorrichtung 1 zur Detektion des leistungsmindernden Belags 2 auf der Abdeckung 3 wird das Referenzsignal bei einem störungsfreien Betrieb des Radarsystems 4 regelmäßig aktualisiert. Dabei ist es von Vorteil, wenn das Referenzsignal für verschiedene Betriebstemperaturen des Radarsystems 4 hinterlegt ist.
Zur Ermittlung eines aktuellen Referenzsignals muss ein störungsfreier Betrieb des Radarsystems 4 gegeben sein. Ein störungsfreier Betrieb des Radarsystems 4 liegt dann vor, wenn reguläre Empfangssignale 9 mit bekannten Eigenschaften korrekt detektiert werden, beispielsweise wenn das Empfangssignal 9 von einer Fahrbahnoberfläche mit einer vorgegebenen Mindestamplitude erfasst wird.
Die eigentlichen Reflexionen von der Fahrbahnoberfläche, welche neben anderen Signalkomponenten im Empfangssignal 9 enthalten sind, weisen eine im Verhältnis zu den anderen Signalkomponenten geringere Intensität auf, so dass gegebenenfalls die Reflexionen der Fahrbahnoberfläche aus dem Empfangssignal zeitlich und/oder spektral herausgefiltert werden können. Die spektrale Filterung kann mittels einer Fouriertransformation oder mittels einer digitalen Filterung mit Filterkoeffizienten erfolgen, welche entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges adaptiv eingestellt werden. Die zeitliche Filterung erfolgt mittels einer Entfernungsvorgabe für einen Ausschnitt der zu erfassenden Fahrbahnoberfläche, welcher unter Verwendung einer geometrischen Abstrahlcharakteristik der Sendeeinrichtung 5 des Radarsystems 4 bestimmt wird. Beispielsweise wird als Referenzlinie ein vertikaler Nebenzipfel der Abstrahlcharakteristik der Sendeeinrichtung 5 des Radarsystems 4 benutzt, welcher die Fahrbahnoberfläche berührt.
Wird durch einen Vergleich des aktuellen Signals 8 mit dem Referenzsignal auf eine Anwesenheit des leistungsmindernden Belags 2 geschlossen, so können von der Auswerteeinrichtung 7 Belagsentfernungsmittel 10 und/oder Anzeigemittel 11 ange steuert werden, wobei letztere einem Insassen den funktionseingeschränkten Betrieb des Radarsystems 4 anzeigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Detektion eines leistungsmindernden Belags 2 auf der Abdeckung 3 des Radarsystems 4 eines Kraftfahrzeuges gewährleistet aufgrund des Vergleiches des aktuellen Signals 8 mit dem Referenzsignal, wobei sowohl das aktuelle Signal 8 als auch das Referenzsignal aus dem die Abdeckung 3 umfassenden Nahbereich des Radarsystems 4 stammen, eine zuverlässige Erkennung des leistungsmindernden Belags 2. Eine Realisierung der Vorrichtung 1 kann mit nur geringem Aufwand umgesetzt werden, da die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung 1 bereits serienmäßig in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Claims

Vorrichtung (1) zur Detektion eines leistungsmindernden Belags (2) auf einer Abdeckung (3) eines Radarsystems (4) eines Kraftfahrzeuges mit einer Sende- (5) und einer Empfangseinrichtung (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine der Empfangseinrichtung (6) nachgeschaltete Auswerteeinrichtung (7) vorgesehen ist, welche ein aktuelles Signal (8) aus einem die Abdeckung (3) umfassenden Nahbereich des Radarsystems (4) mit einem Referenzsignal desselben Nahbereichs für einen störungsfreien Betrieb des Radarsystems (4) vergleicht, wobei aus dem Vergleich des aktuellen Signals (8) mit dem Referenzsignal auf eine Anwesenheit des leistungsmindernden Belags (2) geschlossen werden kann.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal bei einem störungsfreien Betrieb des Radarsystems (4) aktualisiert wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein störungsfreier Betrieb dann gegeben ist, wenn ein Empfangssignal (9) von einer Fahrbahnoberfläche mit einer vorgegebenen Mindestamplitude erfasst wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionen der Fahrbahnoberfläche aus dem Empfangssignal (9) zeitlich und/oder spektral herausgefiltert werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die spektrale Filterung mittels einer Fouriertransformation oder mittels einer digitalen Filterung mit Filterkoeffizienten erfolgt, welche entsprechend der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges adaptiv eingestellt werden.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Filterung mittels einer Entfernungsvorgabe für einen Ausschnitt der zu erfassenden Fahrbahnoberfläche erfolgt, wobei die Entfernungsvorgabe unter Verwendung einer geometrischen Abstrahlcharakteristik der Sendeeinrichtung (5) bestimmt wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Referenzsignal für verschiedene Betriebstemperaturen des Radarsystems (4) hinterlegt ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich des aktuelles Signals (8) mit dem Referenzsignal dann erfolgt, wenn das Radarsystem (4) in einem vorgegebenen Zeitraum kein Zielobjekt erfasst hat.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Vergleich des aktuellen Signals (8) mit dem Referenzsignal die Amplitude, die Phase, die Laufzeit und/oder der Erfassungswinkel des aktuellen Signals (8) und des Referenzsignals verwendet wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) zur Analyse und Objekterkennung verwendet wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Größen zur Entscheidung über die Anwesenheit des leistungsmindernden Belags (2) eine Wetterinformation und/oder eine Straßenzustandsbestimmung verwertet wird.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Radarsystem (4) gelieferte Information über Niederschlagsechos ausgewertet wird.